JP2020057449A - Rack power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、充放電可能な複数の二次電池セルを備える複数の電池モジュールをラックに収納してなるラック型の電源装置に関する。 The present invention relates to a rack-type power supply device in which a plurality of battery modules including a plurality of chargeable / dischargeable secondary battery cells are housed in a rack.
多数の二次電池を直列、並列に接続したラック型の電源装置は、サーバーやビルディング、工場等のバックアップ用電源、ピークカット用の蓄電、あるいは動力駆動用等の用途で用いられている。このような電源装置の一例を図12の概略断面図に示す。この図に示す電源装置は、多数の二次電池セルを直列及び/又は並列に接続した板状の電池モジュール101を多数、ラック102内に水平姿勢で、互いに平行に配置している。この電源装置は、二次電池セルが充電や放電によって発熱するので、冷却機構を設けることが望ましい。図12の例では、ラック102の背面側に複数個の放熱ファン105を設けて、矢印で示すように、ラック102の正面側から吸気し、背面側から排気して、空気の流れを強制的に作り出し、電池モジュール101同士の隙間103に流すことで空冷により電源装置を冷却している。
BACKGROUND ART A rack-type power supply device in which a number of secondary batteries are connected in series and in parallel is used for a backup power supply for servers, buildings, factories, etc., a power storage for peak cut, or a power drive. An example of such a power supply device is shown in a schematic sectional view of FIG. In the power supply device shown in this figure, a number of plate-
この構造においては、ラック102の背面側から冷却空気を排気する必要があるため、ラック102を壁面110からある程度離間させて配置しなければならない。しかしながら、このようなラック102の配置上の制限は、自由度を下げることとなり、好ましくない。電源装置の使用状態においては、必ずしもラック102の背面に空間を設けた状態で配置することが困難な場合があり、例えばラック102を壁面110に密接させて設置したり、あるいはラック102同士を隙間なく並べて配置する場合もあり得る。このような場合には、各電源装置の電池モジュール101を効果的に空冷することができず、二次電池セルの劣化や寿命の短命化にも?がる。
In this structure, since the cooling air needs to be exhausted from the rear side of the
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものである。本発明の目的の一は、ラック型の電源装置の配置の自由度を向上させ、また冷却ファンの数を電池モジュールの数よりも少なくしつつ、電池モジュールの冷却能力に差が生じることを抑制したラック型の電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a background. An object of the present invention is to improve the degree of freedom in the arrangement of a rack-type power supply device, and to reduce the number of cooling fans from the number of battery modules while suppressing the difference in the cooling capacity of the battery modules. To provide a rack-type power supply device.
本発明の第1の形態に係るラック型の電源装置によれば、複数の二次電池セル11を収納した複数の電池モジュール1と、複数の電池モジュール1を、水平姿勢で互いに隙間3を開けて上下に複数段に収納するラック本体2、52と、ラック本体2、52の正面側に配置され、電池モジュール1同士の間に形成された隙間3に冷却風を送風するための冷却ファン5と備えるラック型の電源装置であって、ラック本体2、52は、複数の電池モジュール1の背面側に、隙間3を通過した冷却風を上方に通過させる背面ダクト4を備えると共に、背面ダクト4を通過した冷却風を排気するための排気口28を天面側に開口しており、冷却ファン5の数は、電池モジュール1の数よりも少なく、冷却ファン5は、ラック本体2、52の正面視において、電池モジュール1同士の間に形成された隙間3から位置ずれさせて配置している。
According to the rack-type power supply device according to the first embodiment of the present invention, the plurality of
上記構成により、冷却ファンの使用数を低減してコストを削減しつつ、その配置位置を送風効率のよい電池モジュール同士の隙間の位置ではなく、敢えて電池モジュール同士の隙間を避けて配置することで、意図的に冷却風の流れの妨げとなるようにして、冷却風が届き難い領域にも冷却風を供給して、結果的には均熱な冷却が実現される。 With the above configuration, while reducing the number of cooling fans used and reducing costs, the arrangement position is not the position of the gap between the battery modules having good airflow efficiency, but is intentionally arranged to avoid the gap between the battery modules. In addition, by intentionally preventing the flow of the cooling air, the cooling air is supplied also to the area where the cooling air hardly reaches, and as a result, uniform cooling is realized.
本発明の第2の形態に係るラック型の電源装置によれば、複数の二次電池セル11を収納した複数の電池モジュール1と、複数の電池モジュール1を、水平姿勢で互いに隙間3を開けて上下に複数段に収納するラック本体62、72と、ラック本体62、72の正面側に配置され、電池モジュール1同士の間に形成された隙間3に冷却風を送風するための冷却ファン5とを備えるラック型の電源装置であって、ラック本体62、72は、複数の電池モジュール1の背面側に、隙間3を通過した冷却風を上方に通過させる背面ダクト64、74を備えると共に、背面ダクト64、74を通過した冷却風を排気するための排気口28を天面側に開口しており、背面ダクト64、74は、ラック本体62、72の上側領域66、76に収納される複数の電池モジュール1同士の間に形成された隙間3を通過した冷却風を通過させる第一流路64A、74Aと、ラック本体62、72の下側領域67、77に収納される複数の電池モジュール1同士の間に形成された隙間3を通過した冷却風を通過させる第二流路64B、74Bとに区画されており、さらに、冷却ファン5の数は、電池モジュール1の数よりも少なく、冷却ファン5は、上下に並べて配置している。
According to the rack-type power supply device according to the second embodiment of the present invention, the plurality of
上記構成により、冷却ファンの使用数を低減してコストを削減しつつ、均一な冷却が実現される。それは、複数の電池モジュールの背面側に形成される背面ダクトを第一流路と第二流路とに分割して、上側領域に配置される複数の電池モジュールを通過した冷却風を第一流路に通過させ、下側領域に配置される複数の電池モジュールを通過した冷却風を第二流路に通過させることで、背面ダクトを通過する冷却風の流れを良好にできるからである。とくに、背面ダクトを第一流路と第二流路に区画して、下側領域に配置される複数の電池モジュールを通過した冷却風を第二流路に通過させることで、下側領域の電池モジュールを通過した冷却風が背面ダクトで停滞するのを効果的に防止して、第二流路を介して効率よく送風できる。これにより、下側領域に送風される冷却風の流れを確保して、全体として均一な風流を実現でき、均熱な冷却が実現される。 According to the above configuration, uniform cooling is realized while reducing the number of cooling fans used to reduce costs. It divides the back duct formed on the back side of the plurality of battery modules into a first flow path and a second flow path, and the cooling air that has passed through the plurality of battery modules arranged in the upper region is supplied to the first flow path. This is because the flow of the cooling air passing through the rear duct can be improved by passing the cooling air passing through the plurality of battery modules arranged in the lower region through the second flow path. In particular, the rear duct is divided into a first flow path and a second flow path, and the cooling air passing through the plurality of battery modules arranged in the lower area is passed through the second flow path, so that the battery in the lower area is The cooling air that has passed through the module is effectively prevented from stagnating in the rear duct, and can be efficiently blown through the second flow path. Thereby, the flow of the cooling air blown to the lower region is ensured, a uniform air flow can be realized as a whole, and uniform cooling is realized.
本発明の第3の形態に係るラック型の電源装置によれば、背面ダクト64、74は、上側領域66、76に収納される複数の電池モジュール1の背面側に位置して、背面ダクト64、74の内部を前後に区画する区画壁65、75を備えており、区画壁65、75の正面側を第一流路64A、74Aとして、区画壁65、75の背面側を第二流路64B、74Bとしている。
According to the rack-type power supply device according to the third embodiment of the present invention, the
上記構成により、背面ダクトに区画壁を配置する簡単な構造で、背面ダクトを第一流路と第二流路に区画できる。とくに、上側領域に収納される電池モジュール間を通過した冷却風を区画壁の正面側に形成される第一流路に通過させて、下側領域に収納される電池モジュール間を通過した冷却風を区画壁の背面側に形成される第二流路に通過させるので、上下に複数段に配置された電池モジュール間を通過した冷却風を効率よく上方に排気できる。 With the above configuration, the rear duct can be divided into the first flow path and the second flow path with a simple structure in which the partition wall is arranged on the rear duct. In particular, the cooling air that has passed between the battery modules stored in the upper region is passed through the first flow path formed on the front side of the partition wall, and the cooling air that has passed between the battery modules stored in the lower region is Since the cooling air is passed through the second flow path formed on the back side of the partition wall, the cooling air that has passed between the battery modules arranged in a plurality of stages vertically can be efficiently exhausted upward.
本発明の第4の形態に係るラック型の電源装置によれば、冷却ファン5が、複数段に配置される複数の電池モジュール1に対して1段おきに等間隔で配置されている。
According to the rack-type power supply device according to the fourth embodiment of the present invention, the
上記構成により、ラック本体の正面側に配置される冷却ファンの数を、複数段に配置される複数の電池モジュールの数の半分として製造コストを低減しながら、各隙間に送風される冷却風の風流を均一にして全ての電池モジュールを均一に冷却できる。 According to the above configuration, the number of cooling fans arranged on the front side of the rack body is reduced to half of the number of the battery modules arranged in a plurality of stages, thereby reducing the manufacturing cost and reducing the cooling air blown to each gap. All the battery modules can be cooled uniformly by making the air flow uniform.
本発明の第5の形態に係るラック型の電源装置によれば、ラック本体2、72の正面側の最下位置に配置される冷却ファン5を、ラック本体2、72に収納された電池モジュール1の内、最下段に位置する電池モジュール1と合致させるように配置している。
According to the rack-type power supply device according to the fifth embodiment of the present invention, the
上記構成により、最も下側に位置する冷却ファンを最下段に位置する電池モジュールと合致させるように配置する簡単な構成により、電池モジュール間の隙間に流れる風流を均一にして全ての電池モジュールを均一に冷却できる。 With the above configuration, a simple configuration in which the lowermost cooling fan is arranged so as to match with the lowermost battery module makes the airflow flowing in the gap between the battery modules uniform and makes all the battery modules uniform. Can be cooled.
本発明の第6の形態に係るラック型の電源装置によれば、ラック本体52の正面側の最下位置に配置される冷却ファン5を、ラック本体52に収納された電池モジュール1の内、最下段から2段目に位置する電池モジュール1と合致させるように配置している。
According to the rack-type power supply device according to the sixth embodiment of the present invention, the
上記構成により、最も下側に位置する冷却ファンを最下段から2段目に位置する電池モジュールと合致させるように配置する簡単な構成により、電池モジュール間の隙間に流れる風流を均一にして全ての電池モジュールを均一に冷却できる。 With the above configuration, a simple configuration in which the cooling fan located at the lowermost position is aligned with the battery module located at the second stage from the lowermost stage makes uniform the airflow flowing through the gap between the battery modules, thereby making all the cooling fans uniform. The battery module can be cooled uniformly.
本発明の第7の形態に係るラック型の電源装置によれば、ラック本体2、62が、排気口28に位置して、背面ダクト4、64を通過した冷却風を排気するための排気ファン35を備えている。
According to the rack-type power supply device according to the seventh embodiment of the present invention, the exhaust fans for positioning the
上記構成により、上下に配置された複数の電池モジュールの間の隙間を通過して背面ダクトに流入される冷却風を、天面側の排気口に配置された排気ファンにより効果的に吸引して排出できる。とくに、天面側の排気口から強制的に排気するので、全体的な冷却風の流れを促進して、全ての電池モジュールをより効率よく冷却できる。 With the above configuration, the cooling air flowing through the gap between the plurality of battery modules arranged vertically and flowing into the rear duct is effectively sucked by the exhaust fan arranged at the top-side exhaust port. Can be discharged. In particular, since the exhaust air is forcibly exhausted from the exhaust port on the top surface side, the entire flow of the cooling air is promoted, and all the battery modules can be cooled more efficiently.
本発明の第8の形態に係るラック型の電源装置によれば、ラック本体2、52、62、72が、最下段に配置される電池モジュール1の下方に、冷却ファン5から送風される冷却風を通過させる底部側ダクト30を備えており、底部側ダクト30を背面ダクト4、64、74に連通して、底部側ダクト30を通過した冷却風を背面ダクト4、64、74に流入させるようにしており、さらに、底部側ダクト30の上下幅(T)を、電池モジュール1同士の間に形成された隙間3の上下幅(t)よりも広くしている。
According to the rack-type power supply device according to the eighth aspect of the present invention, the
上記構成により、最も下側に位置する冷却ファンから最下段の電池モジュールに対して送風される冷却風の流れを促進して、最下段に配置される電池モジュールの近傍における風流を良好にできる。とくに、この底面側ダクトの上下幅を電池モジュール間の隙間よりも広くすることで、より効果的に最下部の風流を良好にして、全ての電池モジュールを均一に冷却できる。 With the above configuration, the flow of the cooling air sent from the cooling fan located at the lowermost position to the lowermost battery module can be promoted, and the airflow in the vicinity of the lowermost battery module can be improved. In particular, by making the vertical width of the bottom duct wider than the gap between the battery modules, the airflow at the lowermost part can be more effectively improved, and all the battery modules can be uniformly cooled.
本発明の第9の形態に係るラック型の電源装置によれば、冷却ファン5と、これに対向する複数の電池モジュール1の前面1Aとの間隔(h)を、冷却ファン5の厚さ(k)の4倍以下としている。
According to the rack-type power supply device according to the ninth embodiment of the present invention, the distance (h) between the
上記構成により、電池モジュールの前面側に広いスペースを設けることなく、言い換えるとラック本体をコンパクトにしながら、全ての電池モジュールを均一に冷却できる。 According to the above configuration, all the battery modules can be uniformly cooled without providing a large space on the front side of the battery modules, in other words, while making the rack body compact.
本発明の第10の形態に係るラック型の電源装置によれば、ラック本体2、52、62、72に収納される複数の電池モジュール1の充放電を制御する電源コントローラ7を備え、電源コントローラ7を、複数段に配置される複数の電池モジュール1の最上段に配置される電池モジュール1の上方に配置すると共に、電源コントローラ7を背面ダクト4を通過した冷却風で冷却する。
According to the rack-type power supply device according to the tenth aspect of the present invention, the power supply controller includes a
上記構成により、ラック本体に収納される複数の電池モジュールの充放電を電源コンロトーラで制御しながら、この電源コントローラを最上段の電池モジュールの上方に配置することで、背面ダクトを通過した冷却風に接触させて電源コントローラを効果的に冷却できる。 With the above configuration, while controlling the charging and discharging of the plurality of battery modules housed in the rack body with the power controller, the power controller is arranged above the uppermost battery module, so that the cooling air passing through the rear duct can be cooled. The power controller can be effectively cooled by contact.
本発明の第11の形態に係るラック型の電源装置によれば、電池モジュール1が、内蔵される複数の二次電池セル11の出力を外部に出力するための出力端子14を前面1Aに備えており、ラック本体2、52、62、72の正面側において、複数の電池モジュール1の出力端子14を、接続ライン41を介して電源モジュール7に接続している。
According to the rack-type power supply device according to the eleventh aspect of the present invention, the
上記構成により、複数の電池モジュールの配線をラック本体の正面側とすることで、配線作業やメンテナンスを簡単にできる。とくに、複数の電池モジュールを接続する接続ラインや出力端子を正面側に配置するので、これらの配線部分を効果的に冷却できる。また、これらの配線部材を、冷却ファンで強制送風される電池モジュールの前面側に配置するので、この部分に埃等の異物が堆積する有効に防止しながら冷却できる特徴も実現できる。 With the above configuration, the wiring work and maintenance can be simplified by setting the wiring of the plurality of battery modules to the front side of the rack body. In particular, since connection lines and output terminals for connecting a plurality of battery modules are arranged on the front side, these wiring portions can be effectively cooled. In addition, since these wiring members are arranged on the front side of the battery module that is forcibly blown by the cooling fan, it is possible to realize a feature that cooling can be performed while effectively preventing foreign matters such as dust from accumulating on this portion.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一若しくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below is an example for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following. Further, the present specification does not limit the members described in the claims to the members of the embodiments. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention thereto, unless otherwise specified. It's just In addition, the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of description. Further, in the following description, the same names and reference numerals denote the same or similar members, and a detailed description thereof will be appropriately omitted. Further, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are formed of the same member and one member also serves as the plurality of elements, or conversely, the function of one member may be performed by a plurality of members. It can be realized by sharing.
本発明のラック型の電源装置は、載置型の蓄電用設備として利用でき、例えば、サーバーやビルディング、工場等において停電時に駆動するバックアップ用電源、ピークカット用の蓄電、あるいは動力駆動用等の用途に利用できる。 The rack-type power supply device of the present invention can be used as a mounted power storage facility, for example, a backup power supply that is driven during a power outage in a server, a building, a factory, or the like, a power storage for peak cut, or a power drive. Available to
(実施形態1)
本発明の実施形態1にかかるラック型の電源装置を図1〜図5に示す。図1はラック型の電源装置の斜視図を、図2はラック型の電源装置の分解斜視図を、図3はラック型の電源装置の正面プレートを外した正面図を、図4はラック型の電源装置の垂直模式断面図を、図5はラック型の電源装置の水平模式断面図をそれぞれ示している。図1ないし図5に示すラック型の電源装置は、複数の二次電池セル11を収納した複数の電池モジュール1と、複数の電池モジュール1を、水平姿勢で互いに隙間3を開けて上下に複数段に収納するラック本体2と、ラック本体の正面側に配置され、電池モジュール同士の間に形成された隙間3に冷却風を送風するための複数の冷却ファン5とを備えている。
(Embodiment 1)
1 to 5 show a rack-type power supply device according to a first embodiment of the present invention. 1 is a perspective view of a rack-type power supply, FIG. 2 is an exploded perspective view of the rack-type power supply, FIG. 3 is a front view of the rack-type power supply with a front plate removed, and FIG. 5 is a vertical schematic cross-sectional view of the power supply device, and FIG. 5 is a horizontal schematic cross-sectional view of the rack-type power supply device. The rack-type power supply device shown in FIGS. 1 to 5 includes a plurality of
図1ないし図5に示すラック型の電源装置は、ラック本体2の内部に中空状の収納スペース20を設けており、この収納スペース20に複数の電池モジュール1を水平姿勢で上下に並べて収納している。複数の電池モジュール1は、上下に隣接する電池モジュール1の間に隙間3が形成される状態で配置されている。ラック本体2は、正面側に電池モジュール1よりも少ない数の冷却ファン5を上下に並べて配置している。さらに、ラック本体2は、複数の電池モジュール1の背面側に、隙間3を通過した冷却風を上方に通過させる背面ダクト4を備えると共に、背面ダクト4を通過した冷却風を排気するための排気口28を天面側に開口している。以上のラック型の電源装置は、冷却ファン5でラック本体2の内部に取り込んだ冷却風を電池モジュール1間の隙間3から背面ダクト4に通過させて排気口28から排気して、収納スペース20に収納された全ての電池モジュール1を冷却風で冷却するようにしている。
The rack-type power supply device shown in FIGS. 1 to 5 has a
(電池モジュール1)
電池モジュール1は、図5と図6に示すように、互いに直列及び/又は並列に接続されてなる複数の二次電池セル11からなるバッテリ10と、このバッテリ10を収納してなる外装ケース12とを備えている。
(Battery module 1)
As shown in FIGS. 5 and 6, the
バッテリ10は、複数の二次電池セル11を、直列と並列に接続して、出力電圧を803.6Vとしている。この二次電池セル11は、リチウムイオン二次電池である。二次電池セル11をリチウムイオン二次電池とするバッテリ10は、容積と重量に対する出力を大きくできる。ただ、二次電池セルには、リチウムイオン電池に代わって、リチウムポリマー電池やニッケル水二次電池セルも使用できる。したがって、本発明は、二次電池セルをリチウムイオン電池に特定せず、二次電池セルには、充電できる全ての電池を使用できる。さらに、図のバッテリ10は、温度検出のための温度センサ19を設けている。温度センサは、二次電池セルごとに設けることも、特定の位置にある二次電池セルのみの監視としてもよい。
The
外装ケース12は、全体の形状を厚さのある箱形としており、複数の二次電池セル11からなるバッテリ10を収納している。外装ケース12は、熱伝導に優れた材料、例えば金属製としている。ただ、外装ケースは、樹脂製とすることもできる。この外装ケース12は、ラック本体2の内部の収納スペース20に、上下に複数段に並べて収納できる形状と大きさに成形している。さらに、図の電池モジュール1は、ラック本体2の収納スペース20に、所定の深さまで挿入できるように、外装ケース12の正面側において、両側に突出して、位置決め鍔部13を設けている。この電池モジュール1は、ラック本体2の収納スペース20に収納する状態で、位置決め鍔部13をラック本体2の収納スペース20の開口縁に当接させて定位置に収納される。この電池モジュール1は、止ネジ等の連結具を介して位置決め鍔部13をラック本体2の開口縁に固定することができる。
The
さらに、電池モジュール1は、複数の二次電池セル11の状態を検出して監視するマイコンを含む電子回路17と、電子回路17で検出した情報等の信号を外部に出力し、また外部からの信号を受信するための通信回路18を備えている。電子回路17は、複数の二次電池セル11の温度や電圧、充放電の電流等の電池情報を検出する各種回路や、これらの電池情報から電池の満充電や残容量を検出、演算する回路、あるいは、電池が正常であるかどうかを監視する保護回路等を備えている。電子回路17で検出された情報は通信回路18を介して外部に出力される。
Further, the
さらに、電池モジュール1は、バッテリ10の出力側に接続されてなる正負の出力端子14を外装ケース12の前面1Aに備えている。正負の出力端子14は、図3に示すように、ラック本体2の収納スペース20に複数の電池モジュール1が収納される状態で、電池モジュール1の前面1A側において、接続ライン41で接続される。接続ライン41は、両端に配線用コネクタ43を備えており、この配線用コネクタ43が出力端子14に嵌着されて複数の電池モジュール1が接続ライン41を介して接続される。図に示す電源装置100は、上下に積層される複数の電池モジュール1を、接続ライン41を介して直列に接続している。ただ、複数の電池モジュールは、直列及び/又は並列に接続することもできる。
Further, the
この電源装置100は、複数の電池モジュール1の配線をラック本体2の正面側で施工できるので、配線作業やメンテナンスを簡単にできる。とくに、複数の電池モジュール1を接続する接続ライン41や出力端子14を電池モジュール1の正面側に配置するので、冷却ファン5から送風される冷却風でこれらの配線部分を効果的に冷却できる。また、これらの配線部材を、冷却ファンで強制送風される電池モジュールの前面側に配置するので、この部分に埃等の異物が堆積する有効に防止しながら冷却できる特徴も実現できる。
In this
また、電池モジュール1は、内蔵される通信回路18からの信号を出力し、また外部機器からの信号を入力するための信号端子15を外装ケース12の前面1Aに備えている。この信号端子15は、出力用端子15Aと入力用端子15Bとからなる。入力用端子15Bは、隣接する他の電池モジュール1と通信ライン42で接続されて、この電池モジュール1から出力される信号が入力される。出力用端子15Aは、電池モジュール1に内蔵される通信回路18からの信号を出力すると共に、他の電池モジュール1から入力された信号を通過させて出力する。このように、他の電池モジュール1からの信号を入力させる入力用端子15Bを設けて、出力用端子15Aから出力し、通信ライン42を介して、複数の電池モジュール1からの信号を1つの回線で送信できるので、配線を簡単にして、複数の電池モジュール1の状態を監視できる。ただ、電池モジュールは、出力用端子のみからなる信号端子を備えることもできる。
Further, the
(ラック本体2)
図1〜図4に示すラック本体2は、四隅に設けた支柱21の四方を、正面プレート22と背面プレート23と左右の側面プレート24とで閉塞すると共に、上面を天面プレート25で閉塞して、全体の外観を四角柱状に形成している。ラック本体2は、内部を中空状としており、複数の電池モジュール1を上下に複数段に並べて収納する収納スペース20を内部に設けている。ラック本体2は、複数段に配置される複数の電池モジュール1を、水平姿勢で互いに隙間3を設けて収納している。
(Rack body 2)
In the
ラック本体2は、複数の電池モジュール1を水平姿勢であって所定の間隔で配置するために、電池モジュール1の位置決め部材を備えている。図に示すラック本体2は、位置決め部材として、複数枚の位置決めプレート26を上下に並べて配置している。位置決めプレート26は、断面視L字状に折曲された金属板で、電池モジュール1の側面に沿って配置される垂直部26Yと、電池モジュール1の両側部の下面を下方から支持する支持部26Xとで構成している。図1のラック本体2は、両側に設けた側面プレート24の間であって、収納スペース20の両側に、垂直姿勢に配置された一対の支持フレーム27を備えており、これらの支持フレーム27の内側に複数の位置決めプレート26を上下に並べて固定している。複数の位置決めプレート26は、水平姿勢の支持部26Xが収納スペース20の側面から内側に突出する姿勢で配置されている。これにより、ラック本体2は、収納スペース20を複数段に区画しながら、対向する支持部26Xの上面に電池モジュール1を載置することで、複数の電池モジュール1を所定の間隔で支持できるようにしている。
The
図のラック本体2は、左右に対向して配置される位置決めプレート26の垂直部26Yの間隔を電池モジュール1の横幅と等しくすると共に、上下に配置される複数の位置決めプレート26を隙間なく並べて、これらの間から冷却風が両側に漏れるのを防止している。ラック本体は、図示しないが、収納スペースに送風される冷却風が電池モジュールの左右方向に漏れるのを阻止するために、位置決めプレートの垂直部の外側又は内側に、空気漏れ防止部材を配置することもできる。以上のラック本体2は、複数段に配置される電池モジュール1間に形成される隙間3に送風される冷却風を、両側に漏らすことなく背面側に通過させることができる。ただ、複数の位置決めプレート26は、必ずしも空気が完全に漏れない構造とする必要はなく、多少は空気が漏れる構造としてもよい。とくに、図に示すラック本体2は、位置決めプレート26の外側を側面プレート24で閉塞しているので、仮に位置決めプレート26から外側に空気が漏れても、側面プレート24により外側に漏れるのを阻止できるからである。
In the
図のラック本体2は、上下に並べて配置される位置決めプレート26から内側に突出する支持部26Xを複数段に設けて、各段に電池モジュール1を収納するようにしている。図1〜図4のラック本体2は、水平姿勢で前後方向に延長された支持部26Xを上下に14段設けており、各支持部26Xで電池モジュール1を水平姿勢に支持しながら、収納スペース20に整列できる構造としている。このラック本体2は、図7に示すように、上下に配置される位置決めプレート26のピッチであって、収納スペース20の内側に突出する支持部26Xの間隔(S)を、電池モジュール1の厚さ(d)よりも大きくしている。これにより、上下に積層される電池モジュール1の間に所定の上下幅(t)の隙間3が形成されるようにしている。したがって、上下に配置される支持部26Xの間隔(S)は、電池モジュール1の厚さ(d)に隙間3の上下幅(t)を加えた間隔とすることができる。このラック本体2は、電池モジュール1同士の間に所定の上下幅(t)の隙間3を設けながら、収納スペース20の定位置に正確に配置できる。
The
以上のラック本体2は、両側に位置する位置決めプレート26の垂直部26Yの内面と支持部26Xの上面に沿って電池モジュール1を挿入して、電池モジュール1を位置決めしながら挿入できる。ただ、ラック本体は、収納スペースの両側面に段差部やガイドレールを設けて、電池モジュールをガイドしながら挿入することもできる。さらに、ラック本体は、位置決め部材を、電池モジュール全体を下側から支持する支持プレートとすることもできる。このラック本体は、上下の支持プレートの間隔を電池モジュールの厚さよりも大きくすることで、上下に積層される電池モジュールの間に所定の上下幅の隙間を設けながら複数の電池モジュールを複数段に配置できる。この場合、支持プレートの上面に配置される電池モジュールは、この隙間に送風される冷却風が支持プレートを介して電池モジュールに熱伝導される。したがって、この支持プレートは、スリットや貫通孔を設けることで冷却風を直接に電池モジュールの下面に接触させながら送風することができる。
The above-mentioned rack
さらに、ラック本体2は、複数の電池モジュール1を収納スペース20の所定の深さまで挿入する構造としている。このラック本体2は、図4、図5、及び図7に示すように、収納スペース20に収納される複数の電池モジュール1の背面1Bと背面プレート23との間に空間を設けており、この空間を、電池モジュール1間の隙間3を通過した冷却風を通過させる背面ダクト4としている。このラック本体2は、収納スペース20に収納される電池モジュール1の挿入位置を調整することで、電池モジュール1の背面側に形成される背面ダクト4の前後幅(L)を決定できる。ラック本体2は、背面ダクト4の前後幅(L)を大きくすると、上下に配置された複数の隙間3を通過した冷却風を能率よく通過させて天面側に流動できるが、全体の外形が大きくなる。反対に、背面ダクト4の前後幅(L)を小さくすると、外形を小さくしてコンパクトにできるが、複数の隙間3を通過した冷却風を能率よく通過できなくなる。したがって、ラック本体2に形成される背面ダクト4の前後幅(L)は、上下に配置される電池モジュール1及び冷却ファン5の数、冷却ファン5の送風量、電池モジュール1の大きさ等を考慮して最適な幅に決定される。背面ダクト4の前後幅(L)は、例えば、電池モジュール1間の隙間3の上下幅(t)に電池モジュール数を乗じた数の1/10倍〜1倍、好ましくは1/5倍〜の3/5倍とすることができる。
Further, the
さらに、ラック本体2は、収納スペース20に複数の電池モジュール1を上下に複数段に収納した状態で、電池モジュール1の正面側を正面プレート22で閉塞している。正面プレート22には、上下に並べて複数の冷却ファン5を配置している。さらに、ラック本体2は、複数の電池モジュール1の前面1Aと正面プレート22との間に送風スペース6を設けている。この送風スペース6は、正面プレート22に固定された複数の冷却ファン5から送風される冷却風を対流させて、電池モジュール1間に形成された隙間3に流入させるために形成されている。この送風スペース6は、前後幅(K)を大きくすると、冷却ファン5から送風される冷却風を電池モジュール1間に隙間3に流入させやすくなるが、ラック本体2の外形が大きくなる。反対に、送風スペース6の前後幅(K)を小さくすると、外形を小さくしてコンパクトにできるが、冷却ファン5から送風される冷却風が送風スペース6内で対流し難くなる。したがって、この送風スペース6の前後幅(K)は、例えば、冷却ファン5の厚さ(k)の1.5〜5倍、好ましくは2〜4倍とすることができる。これにより、冷却ファン5とこれに対向する電池モジュール1の前面1Aとの間隔(h)は、冷却ファンの厚さ(k)の0.5〜4倍、好ましくは1〜3倍以下とすることができる。
Further, the
図に示すラック本体2は、正面プレート22に配置される冷却ファン5の数を、収納スペース20に配置される電池モジュール1の数よりも少なくしている。実施形態1の電源装置100は、上下に配置される電池モジュール1に対して、正面側に配置される冷却ファン5の数を少なく、具体的には約半分とするが、これらの冷却ファン5の配置を独特の位置とすることで、少ない冷却ファン5で全ての電池モジュール1を効率よく冷却する。ここで、図3に示す実施形態1の電源装置では、14個の電池モジュール1を上下に14段に配置すると共に、7個の冷却ファン5を電池モジュール1の前面側に配置している。すなわち、この電源装置100は、2段の電池モジュールに対して1個の冷却ファン5が対向するように配置されている。
In the
ここで、冷却ファン5の数を電池モジュール1の数の半分とし、2段の電池モジュールに対して1個の冷却ファン5を配置して冷却する場合、図8に示す参考例の電源装置のように、2段の電池モジュール91の間に形成される隙間93に対向して冷却ファン95を配置することで、この隙間93に効果的に冷却風を送風できる。すなわち、冷却ファン95の中心軸が電池モジュール91間の隙間93に合致するように配置することで、この隙間93に対して効率よく冷却風を送風することができる。ただ、この場合、冷却ファン95の正面に対向する隙間93Aには効果的に冷却風を送風できるが、上下に離れて配置された冷却ファン95同士の間に位置する隙間93Bには冷却風が流れにくくなる。このため、冷却ファン95と対向する隙間93Aと、冷却ファン95の間に配置される隙間93Bとの間に風流の違いが生じ、複数の電池モジュール91を均一に冷却することができなくなる。
Here, in the case where the number of
ちなみに、図8の電源装置において、各隙間93に流れる冷却風の流速が最大となるのは、最上段に配置される電池モジュール91の上側に形成される隙間93(図において点Pで表示)であり、この隙間93における冷却風の流速が6.1m/sとなる。また、図8の電源装置において、各隙間93に流れる冷却風の流速が最小となるのは、下から2段目の電池モジュール91と3段目の電池モジュール91の間に形成される隙間93(図において点Qで表示)であり、この隙間93における冷却風の流速が0.6m/sとなる。したがって、この電源装置は、最大風速差が5.5m/sとなって、全ての電池モジュール1を均一に冷却するのが難しい。
Incidentally, in the power supply device of FIG. 8, the flow rate of the cooling air flowing through each
これに対して、本発明の実施形態1にかかる電源装置100では、2段の電池モジュールに対して1個の冷却ファン5を配置して冷却する構造とするが、各電池モジュール1間に形成される隙間3に送風される冷却風の風流を均一にするために、ラック本体2の正面側に配置される冷却ファン5を、ラック本体2の正面視において、電池モジュール1同士の隙間3から位置ずれさせて配置している。図4と図7に示す電源装置100は、正面側に配置される複数の冷却ファン5の内、最下位置に配置される冷却ファン5を、複数段に配置された複数の電池モジュール1の内、最下段に位置する電池モジュール1と合致させるように配置している。さらに、複数の冷却ファン5を、複数段に配置される複数の電池モジュール1に対して1段おきに等間隔で配置している。したがって、この電源装置100は、複数の冷却ファン5の内、最上位置に配置される冷却ファン5は、最上段から2段目に位置する電池モジュール1に対して合致する状態で配置している。
On the other hand, the
ここで、本明細書において、「冷却ファン5を電池モジュールと合致させるように配置する。」とは、図7に示すように、側面視において、冷却ファン5の送風方向における中心軸mが、電池モジュール1の前面1Aと交わるような位置関係であって、電池モジュール1の上下方向の厚さを100とする場合、冷却ファン5の中心軸mが電池モジュール1の厚さの10〜90の領域に位置し、好ましくは電池モジュール1の厚さの20〜80の領域に位置し、さらに好ましくは、電池モジュール1の厚さの30〜70の領域に位置するように配置する状態を意味するものとする。図7に示す電源装置100は、冷却ファン5の中心軸mが、電池モジュール1の厚さの中心よりも多少上方に位置するように、具体的には、電池モジュール1の高さを100として、約70の高さに位置するように配置している。
Here, in the present specification, “the cooling
以上のように、ラック本体2の正面側に配置される冷却ファン5を、電池モジュール1同士の隙間3から位置ずれさせて、とくに電池モジュール1と合致させるように配置する構造は、全ての隙間3に供給される冷却風の風流を近似させて、これにより全ての電池モジュール1を均一に冷却する。この構造は、冷却ファン5の配置位置を送風効率のよい電池モジュール1同士の間ではなく、敢えて電池モジュール1同士の隙間3を避けて配置することで、意図的に冷却風の流れの妨げとなるようにする。これにより、冷却風が届き難い領域、たとえば、冷却ファン5から最も離れた隙間3にも冷却風を供給して、結果的には各隙間3における風速の差を低減する。
As described above, the structure in which the cooling
図4に示す実施形態1の電源装置において、各隙間3に流れる冷却風の流速が最大となるのは、最上段に配置される電池モジュール1の上側に形成される隙間3(図において点Aで表示)であり、この隙間3における冷却風の流速が5.9m/sとなる。また、図4の電源装置において、各隙間3に流れる冷却風の流速が最小となるのは、最下段の電池モジュール1と下から2段目の電池モジュール1の間に形成される隙間3(図において点Bで表示)であり、この隙間3における冷却風の流速が0.7m/sとなる。したがって、この電源装置は、最大風速差が5.2m/sとなって、図8に示す参考例の電源装置に対して、最大風速差が約5%も改善される。とくに、最下位置の冷却ファン5を最下段の電池モジュール1と合致させるように配置し、複数の冷却ファン5を1段おきに等間隔で配置する簡単な構成により、電池モジュール1間の隙間3に流れる風流の差を低減できる。なお、図4と図8に示す電源装置では、冷却ファンの配置を変更する以外の条件は全て等しくしている。また、これらの電源装置には、冷却ファンとして、最大風速を1.5〜4m/sとする軸流タイプのプロペラファンを使用している。
In the power supply device according to the first embodiment shown in FIG. 4, the flow rate of the cooling air flowing through each
また、図1〜図3に示す電源装置100は、図7に示すように、電池モジュール1の前面1Aに対向して配置される冷却ファン5の左右位置を、平面視において、電池モジュール1の左右の中心線Mから偏在させている。この電源装置は、図3及び図5に示すように、電池モジュール1の前面1A側に接続ライン41が配置されている。とくに、電池モジュール1の前面1Aには、接続ライン41を出力端子14に接続する配線用コネクタ43が配置されている。ここで、図5及び図6に示す電池モジュール1では、この配線用コネクタ43が接続される出力端子14を電池モジュール1の左右の中心線Mに接近する位置に配置している。このため、冷却ファン5を電池モジュール1の中心線Mに接近して配置させると、冷却ファン5と配線用コネクタ43の位置が重なり、電池モジュール1同士の間に形成される隙間3への送風が抑制される虞がある。したがって、図3及び図5に示すように、冷却ファン5の位置を電池モジュール1の左右の中心線Mからずらすことにより、圧力損失の改善を図ることができる。
In addition, as shown in FIG. 7, the
図に示す電源装置100は、正面視で左側に偏在して冷却ファン5を配置している。ただ、電源装置は、電池モジュール1の前面1Aに配置される各種配線部材、例えば、接続ライン41や配線用コネクタ43、通信ライン42等の配置により、冷却ファン5の位置を適宜変更することもできる。電源装置は、冷却ファン5の中心軸mを電池モジュール1の中心線Mと略等しい方向に配置することもできる。電源装置は、例えば、電池モジュール1の中心軸Mに対する冷却ファン5の中心軸mの偏在量(Z)を、電池モジュール1の横幅の50%〜75%とすることができる。さらに、図1〜図3のラック本体2は、複数の冷却ファン5を上下に直線状に配置しているが、複数の冷却ファン5は、正面プレート22の左右方向の中心線に対して左右に交互に配置する、言い換えるとジグザグ状に配置することもできる。
In the
さらに、ラック本体2は、最下段に配置される電池モジュール1の下方に、冷却ファン5から送風される冷却風を通過させる底部側ダクト30を備えている。図2と図7に示すラック本体2は、最下段に載置される電池モジュール1の下面に底部プレート31を配置しており、この底部プレート31の下方に中空のスペースを設けて、底部側ダクト30としている。底部プレート31は金属板であって、冷却ファン5から送風スペース6に供給される冷却風を底部側ダクト30に流入させるための流入口31Aを電池モジュール1の前面側に位置して開口している。さらに、底部プレート31は、電池モジュール1の背面側において、背面プレート23との間に隙間を設けており、この隙間を連通隙間32として背面ダクト4に連通している。
Further, the
このラック本体2は、送風スペース6の底部において、冷却ファン5から送風される冷却風を底部側ダクト30に通過させて背面ダクト4に流入させる。とくに、図に示す底部側ダクト30は、その上下幅(T)を、電池モジュール1同士の間の隙間3の上下幅(t)よりも広くしている。このため、最下段に配置される電池モジュール1の下面に効果的に冷却風を送風させて、この電池モジュール1を冷却できる。また、最下段の電池モジュール1の下方に底部側ダクト30を設けることで、収納スペース20の下部に形成された隙間3を通過する冷却風の流速を速くしてラック本体2全体の風流のムラを改善できる。底部側ダクト30の上下幅(T)は、例えば、電池モジュール1間の隙間3の上下幅(t)の2〜10倍、好ましくは3〜8倍とすることができる。
The
さらに、ラック本体2は、天面プレート25に、排気口28を開口している。図1〜図3に示すラック本体2は、天面プレート25の背面側の領域に複数の貫通孔を開口して排気口28としている。この天面プレート25は、複数の貫通孔を多孔板状に開口している。この構造は、排気口28の開口面積を広くしながら、異物等の侵入を防止できる特徴がある。図に示す天面プレート25は、背面側の領域であって背面ダクト4の上端開口に対向して設けられている。この構造の排気口28を備えるラック本体2は、背面ダクト4を通過した冷却風を効率よく外部に排気できる。ただ、図示しないが、排気口は、天面プレートの全面にわたって設けることもできる。
Further, the
さらに、図に示すラック本体2は、天面プレート25の下方であって、最上段の電池モジュール1よりも上方に、電池モジュール1の収納スペース20から区画された区画室34を設けている。ラック本体2は、最上段の電池モジュール1の上面側に上部プレート33を配置しており、この上部プレート33により、ラック本体2の内部を収納スペース20と区画室34とに区画している。ラック本体2は、この区画室34を、後述する電源コントローラ7の収納スペースとしている。図に示すラック本体2は、背面ダクト4を通過した冷却風をこの区画室34に流入させた後、天面プレート25に開口した排気口28から排気する構造としている。したがって、区画室34に流入する冷却風を電源コントローラ7に接触させて、電源コントローラ7を冷却できる特徴がある。
Further, the rack
さらに、ラック本体2は、図4の鎖線で示すように、天面プレート25に開口された排気口28に位置して、排気ファン35を設けることもできる。このラック本体2は、背面ダクト4を通過した冷却風を排気ファン35を介して強制的に外部に排気できる。このため、このラック本体2は、複数の電池モジュール1の間の隙間3を通過して背面ダクトに流入された冷却風を排気ファン35で吸引して効率よく排出できる。とくに、天面側の排気口28から強制的に排気するので、全体的な冷却風の流れを促進して、全ての電池モジュール1をより効率よく冷却できる。
Further, the
(冷却ファン5)
冷却ファン5は、ラック本体2の正面プレート22に固定されており、外気を吸引してラック本体2の内部に強制送風する。図に示す冷却ファン5は、軸流ファンであって、複数のフィンを有するプロペラをモーターで回転させるプロペラファンとしている。冷却ファン5は、例えば、最大風速を1.5〜4m/sとするものが使用できる。電源装置は、複数段に配置された電池モジュール1の前面側に対向して、複数の冷却ファン5を所定の配列で配置している。
(Cooling fan 5)
The cooling
(実施形態2)
さらに、本発明の実施形態2にかかるラック型の電源装置を図9に示す。この図に示す電源装置200は、前述の実施形態1にかかる電源装置100と同様に、複数段に配置された14個の電池モジュール1に対して7個の冷却ファン5を配置している。この電源装置200も、正面側に配置される冷却ファン5を、ラック本体52の正面視において、電池モジュール1同士の隙間3から位置ずれさせて配置するが、前述の実施形態1の電源装置100とは、冷却ファン5の配置が異なる。したがって、この電源装置200については、冷却ファン5の配置のみを説明し、他の部材については前述の実施形態1と同符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 9 shows a rack-type power supply device according to the second embodiment of the present invention. In the
図9に示す電源装置200は、正面側に配置される複数の冷却ファン5の内、最下位置に配置される冷却ファン5を、複数段に配置された複数の電池モジュール1の内、最下段から2段目に位置する電池モジュール1と合致させるように配置している。さらに、複数の冷却ファン5を、複数段に配置される複数の電池モジュール1に対して1段おきに等間隔で配置している。したがって、この電源装置200は、複数の冷却ファン5の内、最上位置に配置される冷却ファン5を、最上段に位置する電池モジュール1に対して合致する状態で配置している。
The
図9に示す電源装置200は、電池モジュール1の前面1Aに対向して配置される冷却ファン5を電池モジュール1の厚さの中心に位置するように配置している。この構造は、冷却ファン5から電池モジュール1の前面1Aに送風される冷却風を上下にバランスよく分流する状態で対流させて、電池モジュール1の上下に形成される隙間3に均等に流入できる。これにより、各電池モジュール1を上下に送風される冷却風で効率よく冷却しながら、複数の隙間3に送風される冷却風の風速の差を低減できる。
In the
図9に示す実施形態2の電源装置200において、各隙間3に流れる冷却風の流速が最大となるのは、最上段に配置される電池モジュール1の上側に形成される隙間3(図において点Cで表示)であり、この隙間3における冷却風の流速が5.1m/sとなる。また、図9の電源装置200において、各隙間3に流れる冷却風の流速が最小となるのは、最下段の電池モジュール1と下から2段目の電池モジュール1の間に形成される隙間3(図において点Dで表示)であり、この隙間3における冷却風の流速が0.5m/sとなる。したがって、この電源装置200は、最大風速差が4.6m/sとなって、図8に示す参考例の電源装置に対して、最大風速差が約16%も改善される。とくに、最下位置の冷却ファン5を最下段から2段目の電池モジュール1と合致させるように配置し、複数の冷却ファン5を1段おきに等間隔で配置する簡単な構成により、電池モジュール1間の隙間3に流れる風流の差を低減できる。
In the
(実施形態3)
さらに、本発明の実施形態3にかかるラック型の電源装置を図10に示す。この図に示す電源装置300は、ラック本体62に複数段に収納される複数の電池モジュール1の背面側に形成される背面ダクト64を、第一流路64Aと第二流路64Bとに区画している。図10に示すラック本体62は、複数の電池モジュール1を収納する収納スペース20上側領域66と下側領域67とに区画しており、上側領域66に収納される複数の電池モジュール1間の隙間3を通過した冷却風を第一流路64Aに通過させて、下側領域67に収納される複数の電池モジュール1を通過した冷却風を第二流路64Bに通過させるようにしている。
(Embodiment 3)
FIG. 10 shows a rack-type power supply device according to a third embodiment of the present invention. The
図に示すラック本体62は、収納スペース20の上下の中央部に位置して、収納スペース20を上側領域66と下側領域67とに区画する中間プレート63を配置している。さらに、ラック本体62は、上側領域66に収納される複数の電池モジュール1の背面側に位置して、背面ダクト64の内部を前後に区画する区画壁65を設けている。この背面ダクト64は、区画壁65の正面側を第一流路64Aとして、区画壁65の背面側を第二流路64Bとしている。図の区画壁65は、背面プレート23に対して平行な姿勢で配置されており、下端を中間プレート63の背面側の端縁に連結すると共に、上端を背面ダクト64の上端開口まで延長して配置している。この背面ダクト64は、上側領域66に収納される複数の電池モジュール1間の隙間3を通過した冷却風と下側領域67に収納される複数の電池モジュール1間の隙間3を通過した冷却風とを、それぞれ独立して第一流路64Aと第二流路64Bに通過させる構造としている。
The
ただ、背面ダクトは、必ずしも区画壁で前後に2分割して区画する構造には限定しない。背面ダクトは、左右に分割することも、3以上の流路に分割することもできる。また、区画壁は、必ずしも背面プレートに対して平行に配置する構造には限定しない。区画壁は、背面プレートに対して傾斜する姿勢で配置することもできる。すなわち、背面ダクトは、区画壁で内部を複数に分割して区画する全ての構造が採用できる。 However, the rear duct is not necessarily limited to a structure in which the rear wall is divided into two parts by the partition wall. The rear duct can be divided into left and right or into three or more flow paths. Further, the partition wall is not necessarily limited to a structure arranged in parallel with the back plate. The partition wall can also be arranged in a posture inclined with respect to the back plate. In other words, the back duct can adopt any structure in which the inside is divided into a plurality of sections by the partition wall.
図に示す背面ダクト64は、第一流路64Aの前後幅(b1)と第二流路64Bの前後幅(b2)を等しくしている。ただ、背面ダクト64は、上側領域66と下側領域67にそれぞれ収納される電池モジュール1の数に応じて、第一流路64Aと第二流路64Bの前後幅を調整することもできる。第一流路64Aの前後幅(b1)と第二流路64Bの前後幅(b2)は、複数の電池モジュール1間に形成される隙間3に送風される冷却風の最大流速差が小さくなるように調整される。
In the
さらに、図に示す電源装置300は、14個の電池モジュール1を収納しており、これらの電池モジュール1の内、上側の6段を上側領域66とし下側の8段を下側領域67としている。前述のように、第一流路64Aの前後幅(b1)と第二流路64Bの前後幅(b2)とを等しくする構造では、このように、上側領域66の段数を下側領域67の段数よりも少なくすることで、全ての隙間3に送風される冷却風も流速差を低減できる。ただ、電源装置は、上側領域66と下側領域67の数を6段と8段には特定せず、種々に変更することもできる。
Further, the
さらに、この電源装置300は、前述の参考例の電源装置と同様に、冷却ファン5の数を電池モジュール1の数の半分とし、2段の電池モジュールに対して1個の冷却ファン5を配置しており、とくに、2段の電池モジュール1の間に形成される隙間3に対向して冷却ファン5を配置している。この電源装置300は、参考例の電源装置と比較して、複数の冷却ファン5の配置を等しくするが、背面ダクト64の構造を異なる構造とすることで、複数の電池モジュール1の間に形成される各隙間3に送風される冷却風の最大風速差を著しく改善している。
Further, in the
図10に示す実施形態3の電源装置300において、各隙間3に流れる冷却風の流速が最大となるのは、下側領域67の最上段に配置される電池モジュール1の下側に形成される隙間3(図において点Eで表示)であり、この隙間3における冷却風の流速が3.7m/sとなる。また、図10の電源装置300において、各隙間3に流れる冷却風の流速が最小となるのは、下側領域67の最上段の電池モジュール1の上側に形成される隙間3(図において点Fで表示)であり、この隙間3における冷却風の流速が0.9m/sとなる。したがって、この電源装置は、最大風速差が2.8m/sとなって、図8に示す参考例の電源装置に対して、最大風速差が約50%も改善される。さらに、この電源装置300は、図11の鎖線で示すように、天面プレート25に開口された排気口28に排気ファン35を設けることで、最大風速差をさらに改善できる。
In the
(実施形態4)
さらに、本発明の実施形態4にかかるラック型の電源装置を図11に示す。この図に示す電源装置400も、実施形態3の電源装置と同様に、ラック本体72の上下の中央部に中間プレート73を配置して収納スペース20を上側領域76と下側領域77に区画すると共に、背面ダクト74を区画壁75で第一流路74Aと第二流路74Bに区画するが、上側領域76及び下側領域77に収納される電池モジュール1の数と、正面側に配置される複数の冷却ファン5の配置が実施形態3とは異なる。
(Embodiment 4)
FIG. 11 shows a rack-type power supply device according to a fourth embodiment of the present invention. In the
図11に示す電源装置400は、収納スペース20に収納される14個の電池モジュール1のうち、上側の7段を上側領域76とし下側の7段を下側領域77としている。さらに、この電源装置400は、2段の電池モジュールに対して1個の冷却ファン5を配置しており、正面側に配置される複数の冷却ファン5の内、最下位置に配置される冷却ファン5を、複数段に配置された複数の電池モジュール1の内、最下段に位置する電池モジュール1と合致させるように配置している。さらに、複数の冷却ファン5を、複数段に配置される複数の電池モジュール1に対して1段おきに等間隔で配置して、複数の冷却ファン5の内、最上位置に配置される冷却ファン5を、最上段から2段目に位置する電池モジュール1に対して合致する状態で配置している。とくに、図11に示す電源装置400は、電池モジュール1の前面1Aに対向して配置される冷却ファン5を電池モジュール1の厚さの中心に位置するように配置している。
In the
図11に示す実施形態4の電源装置400において、各隙間3に流れる冷却風の流速が最大となるのは、下側領域77の最上段から2段目に配置される電池モジュール1の下側に形成される隙間3(図において点Gで表示)であり、この隙間3における冷却風の流速が3.2m/sとなる。また、図11の電源装置400において、各隙間3に流れる冷却風の流速が最小となるのは、下側領域77の最上段の電池モジュール1の上側に形成される隙間3(図において点Hで表示)であり、この隙間3における冷却風の流速が0.8m/sとなる。したがって、この電源装置400は、最大風速差が2.4m/sとなって、図8に示す参考例の電源装置に対して、最大風速差が55%以上も改善される。
In the
以上の実施形態1〜4の電源装置は、2個の電池モジュール1に対して1つの冷却ファンを配置するので、電池モジュール1を偶数個とする場合には、冷却ファン5の数をn個とすると、電池モジュール1の数を2n個とすることができる。ただ、電源装置は、奇数個の電池モジュール1を配置することもできる。この電源装置では、冷却ファン5の数をn個として、電池モジュール1の数を(2n−1)個、あるいは(2n+1)個とすることができる。この電源装置も複数の電池モジュール1に対して冷却ファン5をひとつおきに配置することができ、冷却ファンの数を電池モジュールの数の約半分にできる。
In the power supply devices according to the first to fourth embodiments, one cooling fan is arranged for two
さらに、以上の電源装置は、互いに接続された複数の電池モジュール1の充放電を制御する電源コントローラ7を備えている。電源コントローラ7は、直列及び/又は並列に接続された複数の電池モジュール1が接続されており、これらの電池モジュール1に内蔵される二次電池セル11の充電と放電を制御している。図1ないし図4の電源装置は、電源コントローラ7を、ラック本体2の上部に設けた区画室34に収納している。この電源装置は、ラック本体2の背面側に設けた背面ダクト4を通過して上面側に排出される冷却風を接触させて、電源コントローラ7を冷却風で冷却することができる。さらに、電源コントローラ7から出力される高電圧の出力ラインをラック本体2の天面側で配線するので、高電圧の出力ラインを使用者が触れることのない高所に配線して安全に使用できる。
Further, the above power supply device includes a
図3に示す電源装置100は、ラック本体2に装着される全ての電池モジュール1の出力が直列に接続されるように接続ライン41を配線している。具体的には、上下に隣接して装着される電池モジュール1の異なる極性の出力端子14が配線用コネクタ43を備えた接続ライン41で数珠繋ぎに接続されている。さらに、上下の両端に配置される電池モジュール1に接続される接続ライン41の終端は、ラック本体2の上部に配置される電源コントローラ7に入力している。図に示す電源装置は、14個の電池モジュール1の出力を直列に接続している。この電源装置は、各電池モジュール1の出力電圧を約57Vとして、電源装置全体の出力電圧を約800Vとしている。ただ、電源装置は、各電池モジュールの出力電圧を30V〜60Vとし、これらの電池モジュールを4個〜14個直列接続して、電源装置全体の出力電圧を200V〜800Vとすることもできる。以上のように、複数の電池モジュール1を全て直列に接続する電源装置は出力電圧を極めて高くできる。
In the
ただ、接続ラインの配線は、必ずしも全ての電池モジュールを直列に接続する配線には特定しない。接続ラインは、装着される複数の電池モジュールの出力を所定の接続状態で出力できるように配線される。たとえば、電源装置は、複数の電池モジュールを直列と並列に接続することもできる。この電源装置は、出力電圧を高くしながら、放電電流を大きくできる。 However, the wiring of the connection line is not necessarily specified as the wiring connecting all the battery modules in series. The connection line is wired so that outputs of a plurality of battery modules to be mounted can be output in a predetermined connection state. For example, the power supply device may connect a plurality of battery modules in series and in parallel. This power supply device can increase the discharge current while increasing the output voltage.
以上の電源装置は、電池モジュール1を定位置に収納した後の工程として、ラック本体2の正面側において、各電池モジュール1の出力端子14を、接続ライン41で直列及び/又は並列に配線する。この配線作業は、電源装置が設置される現場において、所定の位置に配置されたラック本体2に複数の電池モジュール1を収納した後工程で行うことができる。このため、接続ライン41の配線を能率良く、しかも安全に行うことができる。
In the above power supply device, the
以上の電源装置は、所定の数の電池モジュール1がラック本体2に装着された状態で、電源コントローラ7によって充放電が制御される。
In the above power supply device, charging and discharging are controlled by the
100、200、300、400…電源装置
1…電池モジュール
1A…前面
1B…背面
2、52、62、72…ラック本体
3…隙間
4、64、74…背面ダクト
64A、74A…第一流路
64B、74B…第二流路
5…冷却ファン
6…送風スペース
7…電源コントローラ
10…バッテリ
11…二次電池セル
12…外装ケース
13…位置決め鍔部
14…出力端子
15…信号端子
15A…出力用端子
15B…入力用端子
17…電子回路
18…通信回路
19…温度センサ
20…収納スペース
21…支柱
22…正面プレート
23…背面プレート
24…側面プレート
25…天面プレート
26…位置決めプレート
26X…支持部
26Y…垂直部
27…支持フレーム
28…排気口
30…底部側ダクト
31…底部プレート
31A…流入口
32…連通隙間
33…上部プレート
34…区画室
35…排気ファン
41…接続ライン
42…通信ライン
43…配線用コネクタ
63、73…中間プレート
65、75…区画壁
66、76…上側領域
67、77…下側領域
91…電池モジュール
93、93A、93B…隙間
95…冷却ファン
101…電池モジュール
102…ラック
103…隙間
105…冷却ファン
110…壁面
100, 200, 300, 400
Claims (11)
前記複数の電池モジュールを、水平姿勢で互いに隙間を開けて上下に複数段に収納するラック本体と、
前記ラック本体の正面側に配置され、前記電池モジュール同士の間に形成された前記隙間に冷却風を送風するための冷却ファンと、
を備えるラック型の電源装置であって、
前記ラック本体は、前記複数の電池モジュールの背面側に、前記隙間を通過した冷却風を上方に通過させる背面ダクトを備えると共に、前記背面ダクトを通過した冷却風を排気するための排気口を天面側に開口しており、
前記冷却ファンの数は、前記電池モジュールの数よりも少なく、
前記冷却ファンは、前記ラック本体の正面視において、前記電池モジュール同士の間に形成された前記隙間から位置ずれさせて配置してなるラック型の電源装置。 A plurality of battery modules containing a plurality of secondary battery cells,
A rack body that stores the plurality of battery modules in a plurality of stages vertically with a gap therebetween in a horizontal position,
A cooling fan arranged on the front side of the rack body and for sending cooling air to the gap formed between the battery modules;
A rack-type power supply device comprising:
The rack body includes a back duct on the back side of the plurality of battery modules for allowing the cooling air passing through the gap to pass upward, and an exhaust port for exhausting the cooling air passing through the back duct. It is open on the surface side,
The number of the cooling fans is less than the number of the battery modules,
A rack-type power supply device, wherein the cooling fan is disposed so as to be displaced from the gap formed between the battery modules in a front view of the rack body.
前記複数の電池モジュールを、水平姿勢で互いに隙間を開けて上下に複数段に収納するラック本体と、
前記ラック本体の正面側に配置され、前記電池モジュール同士の間に形成された前記隙間に冷却風を送風するための冷却ファンと、
を備えるラック型の電源装置であって、
前記ラック本体は、前記複数の電池モジュールの背面側に、前記隙間を通過した冷却風を上方に通過させる背面ダクトを備えると共に、前記背面ダクトを通過した冷却風を排気するための排気口を天面側に開口しており、
前記背面ダクトは、前記ラック本体の上側領域に収納される複数の前記電池モジュール同士の間に形成された前記隙間を通過した冷却風を通過させる第一流路と、前記ラック本体の下側領域に収納される複数の前記電池モジュール同士の間に形成された前記隙間を通過した冷却風を通過させる第二流路とに区画されており、
さらに、前記冷却ファンの数は、前記電池モジュールの数よりも少なく、前記冷却ファンは、上下に並べて配置してなるラック型の電源装置。 A plurality of battery modules containing a plurality of secondary battery cells,
A rack body that stores the plurality of battery modules in a plurality of stages vertically with a gap therebetween in a horizontal position,
A cooling fan arranged on the front side of the rack body and for sending cooling air to the gap formed between the battery modules;
A rack-type power supply device comprising:
The rack body includes a back duct on the back side of the plurality of battery modules for allowing the cooling air passing through the gap to pass upward, and an exhaust port for exhausting the cooling air passing through the back duct. It is open on the surface side,
The rear duct has a first flow path through which cooling air passes through the gap formed between the plurality of battery modules housed in the upper area of the rack body, and a lower area in the lower area of the rack body. It is partitioned into a second flow path that allows cooling air to pass through the gap formed between the plurality of battery modules to be stored,
Furthermore, the number of the cooling fans is smaller than the number of the battery modules, and the cooling fan is a rack-type power supply device which is arranged vertically.
前記背面ダクトは、前記上側領域に収納される複数の前記電池モジュールの背面側に位置して、前記背面ダクトの内部を前後に区画する区画壁を備えており、前記区画壁の正面側を第一流路として、該区画壁の背面側を第二流路としてなるラック型の電源装置。 A rack-type power supply device according to claim 2,
The rear duct is provided on the rear side of the plurality of battery modules housed in the upper region, and includes a partition wall for partitioning the inside of the rear duct into front and rear, and the front side of the partition wall is a second side. A rack-type power supply device, wherein the back side of the partition wall is used as a second flow path as one flow path.
前記冷却ファンが、複数段に配置される前記複数の電池モジュールに対して1段おきに等間隔で配置されてなるラック型の電源装置。 A rack-type power supply device according to any one of claims 1 to 3,
A rack-type power supply device in which the cooling fans are arranged at equal intervals every other stage with respect to the plurality of battery modules arranged in a plurality of stages.
前記ラック本体の正面側の最下位置に配置される前記冷却ファンは、前記ラック本体に収納された前記電池モジュールの内、最下段に位置する電池モジュールと合致させるように配置してなるラック型の電源装置。 A rack-type power supply device according to any one of claims 1 to 4,
The cooling fan arranged at the lowermost position on the front side of the rack main body is a rack type arranged so as to match the lowermost battery module among the battery modules housed in the rack main body. Power supply.
前記ラック本体の正面側の最下位置に配置される前記冷却ファンは、前記ラック本体に収納された前記電池モジュールの内、最下段から2段目に位置する電池モジュールと合致させるように配置してなるラック型の電源装置。 A rack-type power supply device according to any one of claims 1 to 4,
The cooling fan arranged at the lowermost position on the front side of the rack main body is arranged so as to match the battery module located at the second tier from the lowermost stage among the battery modules housed in the rack main body. Rack-type power supply.
前記ラック本体が、前記排気口に位置して、該背面ダクトを通過した冷却風を排気するための排気ファンを備えるラック型の電源装置。 A rack-type power supply device according to any one of claims 1 to 6,
A rack-type power supply device, wherein the rack body includes an exhaust fan located at the exhaust port for exhausting cooling air passing through the rear duct.
前記ラック本体が、最下段に配置される電池モジュールの下方に、前記冷却ファンから送風される冷却風を通過させる底部側ダクトを備えており、前記底部側ダクトを前記背面ダクトに連通して、前記底部側ダクトを通過した冷却風を前記背面ダクトに流入させるようにしており、
さらに、前記底部側ダクトの上下幅を、前記電池モジュール同士の間に形成された前記隙間の上下幅よりも広くしてなるラック型の電源装置。 A rack-type power supply device according to any one of claims 1 to 7,
The rack body includes a bottom duct below which the cooling air blown from the cooling fan is passed below the battery module arranged at the lowermost stage, and the bottom duct is communicated with the back duct. The cooling air that has passed through the bottom side duct is caused to flow into the rear duct,
Further, a rack-type power supply device in which the vertical width of the bottom side duct is wider than the vertical width of the gap formed between the battery modules.
前記冷却ファンと、これに対向する前記複数の電池モジュールの前面との間隔(h)が、前記冷却ファンの厚さ(k)の4倍以下であるラック型の電源装置。 A rack-type power supply device according to any one of claims 1 to 8,
A rack-type power supply device, wherein a distance (h) between the cooling fan and a front surface of the plurality of battery modules facing the cooling fan is four times or less a thickness (k) of the cooling fan.
前記ラック本体に収納される複数の電池モジュールの充放電を制御する電源コントローラを備えており、
前記電源コントローラを、複数段に配置される前記複数の電池モジュールの最上段に配置される電池モジュールの上方に配置すると共に、
前記電源コントローラを前記背面ダクトを通過した冷却風で冷却するようにしてなるラック型の電源装置。 The rack-type power supply device according to any one of claims 1 to 9, further comprising:
A power controller that controls charging and discharging of the plurality of battery modules housed in the rack body,
The power controller is arranged above a battery module arranged at the top of the plurality of battery modules arranged in a plurality of stages,
A rack-type power supply device configured to cool the power supply controller with cooling air passing through the rear duct.
前記電池モジュールが、内蔵される複数の二次電池セルの出力を外部に出力するための出力端子を前面に備えており、
前記ラック本体の正面側において、前記複数の電池モジュールの前記出力端子を、接続ラインを介して前記電源モジュールに接続してなるラック型の電源装置。 The rack-type power supply device according to claim 10,
The battery module has an output terminal on the front surface for outputting outputs of a plurality of built-in secondary battery cells to the outside,
A rack-type power supply device, wherein the output terminals of the plurality of battery modules are connected to the power supply module via a connection line on the front side of the rack body.
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